基于PLC集中控制的瓦斯抽放站系统研究

摘 要：煤矿瓦斯抽放站是煤矿瓦斯抽放系统的核心，为井下抽放系统提供动力源，瓦斯抽放泵站在煤矿瓦斯治理中起着举足轻重的作用，而目前在矿井实际应用中，大型瓦斯抽放泵站操作过于繁琐，气路、水路、电路各系统需人工单独操作，工人劳动强度大，效率低下，操作随意性大，从而很难使瓦斯抽放泵站达到很好的抽采效果，本文以屯兰煤矿为例，对瓦斯抽放泵站进行了集中自动化方面的研究。

关键词：瓦斯抽放;PLC;集中控制;一键启动;监测

0 引言

高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井及满足相关抽采条件的区域均应建立抽采瓦斯系统。瓦斯抽采泵站是抽采系统核心单元，瓦斯抽采泵站的安全、可靠和稳定运行至关重要。 自动化减人、机械化换人是国家安全监管总局为了提高企业安全生产科技保障能力而发起的科技强安专项行动，以机械化生产替换人工作业、以自动化控制减少人为操作。目前国内相关煤矿对瓦斯抽采泵站的自动化改造正在如火如荼地开展。 然而由于对于瓦斯抽采泵站自动化理解的程度不一，在实际工程中造成自动化改造费用差别较大，建成后的运行效果也参差不齐，隐患颇多，完善和深化瓦斯抽采泵站自动化系统设计意义重大。

1 研究目的

本文以某煤矿固定大型瓦斯抽放泵站作为研究对象，PLC控制技术做为控制核心，搭建SCADA系统作为数据采集，利用PLC进行数据分析并配合各种电动执行机构，模拟人工操作瓦斯抽放泵站，并编写程序，实现井下瓦斯抽放泵站的自动控制，PID控制调节抽采负压，设备故障提前判断，发生故障及时保护等功能。

2 系统简述

由于煤矿安全事故中，瓦斯事故占据近一半，且事故死亡人数居多。故煤矿瓦斯治理工作成为了煤矿生产中的首要任务，也是重中之重。瓦斯抽采作为煤矿瓦斯治理的重要手段，其中瓦斯泵站是一个承上启下的重要设备，对井下煤层，采空区，地质构造带的瓦斯进行预抽，通过瓦斯抽采管道将瓦斯输送到地面，一方面实现了矿井瓦斯达标的目的，另一方面将抽出的瓦斯进行瓦斯发电，实现废物利用，变害为宝。因此瓦斯抽放泵站在矿井的瓦斯治理中的地位非常重要，对其进行安全、科学，可靠，稳定的管理具有十分重要的意义，即煤矿的一个新的经济增长点，更为煤矿安全生产提供强有力的保障。[1-3]

3 系统组成

该系统软件部分主要由抽采计量监测模块、设备电力监测模块、泵站环境安全监测模块、抽采设备监测模块、设备控制模块组成。该系统硬件部分主要由地面监控主机、井下PLC控制柜、受控设备与传感器组成。监控系统主要功能：

瓦斯参数：安装有管道气体传感器，对瓦斯浓度、管道压力、气体流量、温度、一氧化碳浓度、等参数。

设备主要参数：包括电机绕组温度、轴温、电压、电流、功率、泵体轴温、水温、水位、各阀门开闭状态，各系统参数接入主机，在主机屏幕显示各数据。

本系统控制以PLC为控制核心，在PLC柜内装有执行继电器，受控设备及各参数都接入PLC柜内，通过PLC控制器控制执行继电器，控制每一台受控设备，包括气体管道的瓦斯蝶阀开闭，水循环系统的电动球阀开闭，电机启动等。

4 控制功能

4.1 系统具备多种控制模式

瓦斯泵站自动化控制系统可以选择的控制模式有：一键启动自动控制、手动控制两种模式。

手动控制：设备由人工操作上位机界面分别对各设备进行操作实现控制，此控制方式直接，具备多种闭锁保护，确保人工操作无失误。

一键启动自动控制：操作员接到指令按下启动按钮后，设备按照预定的程序运行，无需人工干预，进行自动调节与自动时间应对处理。

4.2 一键启动自动控制流程

根据瓦斯抽放泵站的操作规程，及主要监控参数，制定自动控制流程，通过PLC发出指令驱动各种电动机构，实现了智能化的控制。

岗位工接到指令后，按下启动按钮，此前监控系统对各参数进行检测，数据显示在控制界面上，各数据正常，符合抽放泵运行条件，则设备按照预定程序开始运行，管道排气阀打开，进气阀打开，泵体循环水进水打开，汽水分离器排水打开，盘根冷却水打开，减速器冷却水打开，此时电机启动，抽放泵开始运行，随着进水量的变化，泵体负压逐步升高，达到预定负压值时，设备稳定运行。

5 检测监控系统在自动化系统的作用

抽放系统正常运行情况下，监测监控系统对抽排管路中的传感器、电机温度、泵体温度、水位、抽放泵辅助设备运行情况进行数据检测和采集，并把检测的各项数据通过监控分站，传送到瓦斯泵的操作平台上，让工作人员及时准确掌握泵站工作运行状况。通过自动化改造后的监控系统，还具有报警，打印与断电等功能。

报警功能作为监控系统安全运行的主要屏障发挥着重要的作用，管道内数据超出预定值时，主控制台数据变色，同时报警器发出警报，工作人员采取相应措施。泵体进水或循环水泵发生故障，会出现声光报警、尤其是夜深时，瓦斯泵的工作人员，容易出现疲劳状况，一旦泵站缺水，就会发出较强的声光报警，在延时时间内如未采取措施，泵体将停止运行，防止发生泵体摩擦，保障运行安全。设备轴温如超出预定值时，将发出报警，工作人员可直观发现设备哪个部位超温，提前采取措施。

瓦斯抽放泵站检测数据，通过监测分站上传至矿中心站，为相关工作人员提供观测数据，并经办公软件随时调取数据，实施报表打印，便于相关负责人进行查阅。

6 自动改造系统的优点

瓦斯抽放泵站通过自动化改造后，工作人员可更为直观的了解掌握抽放系统、泵站与瓦斯泵的工作状况。通过各检测传感器将数据整合至主机界面，检测数据进行分析后，可以准确及时掌握设备运行状态，及早发现问题，采用针对性措施给予处理。对于运行过程中，出现的突发异常故障，可通过预定程序发出警报，及时提醒工作人员，采取措施进行处理，这样大大提高了泵站的安全运行程度。实现自动化后，抽放站全部操作步骤由PLC设定程序完成，减少了人员劳动强度，提高了工作效率。改造后设备运行，实现连续实时监控，避免了人为的误差或失误造成的设备故障，使设备运行状态，及各监测数据真实可靠，系统还可以自动生成相关报表，为技术人员对抽放系统做出合理调整，提供了有力的数据支撑。系统还可依据情况进行人为修改、设定工作参数，让瓦斯抽放系统能依照预定状态运行。同时计算机的存儲作用，便于相关工作对各时期的数据进行查阅及分析，通过分析掌握瓦斯抽放规律，为煤矿井下系统合理调整与抽排泵站科学维护提供依据，有效增强瓦斯泵系统的工作质量与效率，确保煤矿生产系统的合理经济运行。

7 系统总结及未来的研究方向

随着煤矿现代化水平的提高，安全生产的要求也越来越高。为提高矿井的安全管理水平，对瓦斯抽放系统实施自动化改造，不仅能使系统合理安全运行，还能避免因人员操作失误而产生的故障。本系统根据设备的实际情况，利用PLC应用技术的先进性，发挥了自动化的优势，改善了人工操作引发设备故障的情况，实现了多台设备的自动化控制，通过监控系统对系统的数据监测，为系统运行、调整提供了数据支持，将对矿井的安全生产指导，瓦斯事故的预防工作产生非常积极的作用，同时也是煤矿减少从业人员数量，节约人工成本的有效途径之一。

参考文献：

[1]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2000.

[2]马文列.数字化煤矿综合自动化系统创建分析[J].中国新技术新产品，2015（15）：13.

[3]苗席春.煤矿自动化与信息化[EB/OL].2017.

作者简介：

韩国平（1977- ），男，山西代县，2005.7毕业于山西煤炭管路干部学院，矿山机电专业，大专，工程师，煤矿机电。